(57)【要約】【課題】  組電池を効率的に組み立て不良電池の交換を容易にする。【解決手段】  扁平型電池（２１０）の電極タブ（２１５Ａ）に開口された位置決め孔（２１７Ａ）に締結ボルト（４００Ａ）を挿入し、締結ボルトに他の締結ボルトを扁平型電池の厚み方向から連結し締結ボルトによって扁平型電池を位置決めし、これらの工程を繰り返して組電池を組み立てる。【選択図】            図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の扁平型電池がその厚み方向に積層されて成る組電池の製造方法であって、
前記扁平型電池の電極タブに開口された位置決め孔に位置決め締結具を挿入する第１段階と、
前記位置決め締結具に他の位置決め締結具を前記扁平型電池の厚み方向から連結して前記扁平型電池を位置決めする第２段階と、
を含むことを特徴とする組電池の製造方法。
【請求項２】
前記第１段階と前記第２段階とは前記組電池が形成されるまで必要な回数繰り返され、各扁平型電池同士は前記締結具によって位置決めされながら電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の組電池の製造方法。
【請求項３】
前記第１段階と前記第２段階とが所定回数繰り返されたら、前記扁平型電池の積層体にヒートシンクが積層されることを特徴とする請求項２に記載の組電池の製造方法。
【請求項４】
前記扁平型電池は、その電極タブの極性が積層方向に−側と＋側とが交互になるように、その向きを変えて積層し、前記締結具は、各扁平型電池の各電極タブに対して導電性のものと絶縁性のものとを用い、さらにその積層方向に導電性のものと絶縁性のものとを交互に連結し、積層されるすべての扁平型電池が直列に接続されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の組電池の製造方法。
【請求項５】
複数の扁平型電池をその厚み方向に積層して成る組電池に使用される締結具であって、
前記締結具は、他の締結具を連結するための勘合部と、前記扁平型電池の電極タブに開口された位置決め孔に挿入されると共に他の締結具の勘合部に挿入されるロケート部と、前記扁平型電池の電極タブを他の締結具との間で挟み込むためのフランジ部と、を有することを特徴とする締結具。
【請求項６】
前記締結具は、同一形状の導電性のものと絶縁性のものとを有することを特徴とする請求項５に記載の締結具。
【請求項７】
前記締結具は断面凸状の円柱形状であり、半径の小さい円柱部分がロケート部に、半径の大きい円柱の上面平坦部分がフランジ部に、半径の大きい円柱の底面側から上面に向けて形成された前記ロケート部を勘合させる中空部が勘合部に対応していることを特徴とする請求項５に記載の締結具。
【請求項８】
前記締結部には組立用工具を使用するための工具穴と解体用工具を使用するための工具穴とが設けられていることを特徴とする請求項５に記載の締結具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の扁平型電池を積層することによって構成される組電池の製造方法およびその方法の実施に使用する締結具に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境意識の高まりを受けて、自動車の動力源を、化石燃料を利用するエンジンから電気エネルギーを利用するモータに移行しようとする動きがある。このため、モータの電力源となる電池の技術も急速に発展しつつある。
【０００３】
自動車には、小型軽量で、大きな電力を頻繁に充放電可能な、耐震動性、放熱性に優れた電池の搭載が望まれる。これらの要望を受けて、近年では下記特許文献１に示すような、扁平型電池を多数積層してなる組電池が開発されている。
【特許文献１】特開２００４−３１１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、従来の組電池は、多数の扁平型電池を積層するに当たって、それを精度良く揃えながら積層していくことが難しいという問題がある。このため、ロケートピンを用いて位置決め精度を確保しているが、ロケートピンを用いた場合、ロケートピンに差し込みながら積層して行く作業が必要となるため、その組み立てには作業工数がかかるという問題がある。また、積層作業中または積層作業が完了してしまった後でいずれかの扁平型電池に不良が見つかったようなときには、組電池全体を分解してから不良電池を取り外さなければならず、不良電池の交換作業に工数がかかりすぎるという問題がある。
【０００５】
本発明は以上のような従来の技術の問題を解消するために成されたものであり、組電池の組み立てを効率的にすることができると共に不良電池の交換を容易にすることができる組電池の製造方法およびその方法の実施に使用する締結具の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明に係る組電池の製造方法は、複数の扁平型電池がその厚み方向に積層されて成る組電池の製造方法であって、前記扁平型電池の電極タブに開口された位置決め孔に位置決め締結具を挿入する第１段階と、前記位置決め締結具に他の位置決め締結具を前記扁平型電池の厚み方向から連結して前記扁平型電池を位置決めする第２段階と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
組電池の製造は、扁平型電池の電極タブに開口された位置決め孔に位置決め締結具を挿入し、この位置決め締結具に他の位置決め締結具を扁平型電池の厚み方向から連結して行くことによって行われる。
【０００８】
また、上記目的を達成するための本発明に係る締結具は、複数の扁平型電池をその厚み方向に積層して成る組電池に使用される締結具であって、前記締結具は、他の締結具を連結するための勘合部と、前記扁平型電池の電極タブに開口された位置決め孔に挿入されると共に他の締結具の勘合部に挿入されるロケート部と、前記扁平型電池の電極タブを他の締結具との間で挟み込むためのフランジ部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記のような手順で行われる組電池の製造方法によれば、締結具を連結しながら扁平型電池を積層して行くだけで、すべての扁平型電池は所望の位置に位置決めされつつ積層されることになるため、扁平型電池を積層するに当たって位置決め精度を確保するための手段が不要となり、組み立ての作業効率も向上する。
【００１０】
上記のような構成を有する締結具によれば、扁平型電池の電極タブの位置決め孔にロケート部を挿入し、ロケート部を他の締結具の勘合部に挿入するだけで扁平型電池の位置決めが完了するので、扁平型電池を積層するに当たって位置決め精度を確保するための手段が不要となり、組み立ての作業効率も向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかる組電池の製造方法およびその方法の実施に使用する締結具を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明にかかる製造方法で作成された組電池の外観を示す斜視図である。
【００１２】
図１に示すとおり、本発明にかかる組電池１００は、板形状のフレーム（図５参照）がその厚み方向に２４枚積層されてなる電池ユニット２００に、ヒートシンク３００、３５０をその積層方向の両面から挟むように取り付けて成るものである。フレームは４枚の扁平型電池を並列に配置できるようになっており、電池ユニット２００にはフレームの積層方向６枚おきに中間ヒートシンク３２５が介挿される。したがって、電池ユニット２００は、４枚並列に配置された扁平型電池がそれぞれ２４枚ずつ積層されることになり合計９６枚の扁平型電池から構成される。ヒートシンク３００および３５０は扁平型電池の電極タブに取り付けた位置決め締結具として機能する締結ボルトにその取り付け孔を勘合し、それらの締結ボルトに固定ナット５００Ａ〜５００Ｈを取り付けることによって固定される。
【００１３】
組電池１００の全体の構造は概略以上のとおりである。次に、組電池を構成する主要な構成要素について詳細に説明する。
【００１４】
（扁平型電池）
本実施の形態で用いる扁平型電池２１０は、図２に示すような矩形状の扁平型積層二次電池であり、少なくとも正極板と負極板を順に積層した積層型の発電要素を内部に備えており、たとえば、特開２００３−０５９４８６号公報に開示されているような構造を持つものである。扁平型電池２１０はその外装材としてラミネートフィルムが用いられ、内蔵されている発電要素は扁平型電池２１０の周縁部のラミネートフィルムが熱融着接合されることで封止される。扁平型電池２１０の長手方向両側面からは電極タブ２１５Ａ、２１５Ｂが引き出されている。電極タブ２１５Ａは＋の電極タブであり、たとえば厚さ０．２ｍｍ程度のアルミニウム薄板で構成されている。一方、電極タブ２１５Ｂは−の電極タブであり、たとえば厚さ０．２ｍｍ程度の銅の薄板で構成されている。両電極タブ２１５Ａ、２１５Ｂには位置決め締結具として機能する締結ボルト（図４参照）を挿入するための位置決め孔２１７Ａ、２１７Ｂが開口されている。なお、熱融着接合されている扁平型電池２１０の周縁部２１６はフレームに形成されている保持部で位置決め保持される。電池ユニット２００を作成する場合の扁平型電池２１０の積層方向は、この発電要素を構成する正極板と負極板の積層方向と同一の方向である。
【００１５】
本実施の形態では図２のように対抗する２辺に別々の極性の電極タブが取り付けられているタイプの扁平型電池を用いて組電池１００を構成しているが、特開２００３−０５９４８６号公報に開示されているように、１辺のみに別々の極性の電極タブが取り付けられているタイプの扁平型電池を用いて組電池１００を構成しても良い。また、本実施の形態では、１枚の扁平型電池をフレームに保持させているが、直列接続された複数の電池、または並列接続された複数の電池、直列と並列の接続を交えて接続された複数の電池をそれぞれ１単位の扁平型電池としてフレームに保持させても良い。
【００１６】
（フレーム）
図３は本実施の形態にかかるフレームの概略の構造を説明するための断面図であり、図４はフレームの概略の構造を説明するための斜視図である。
【００１７】
図３および図４に示すように、フレーム２５０は扁平型電池２１０の周囲を覆うようにして４枚の扁平型電池２１０を保持する。各扁平型電池２１０の電極タブ２１５Ａ（＋側）と２１５Ｂ（−側）が保持されることになるフレーム２５０の側端部２６０と２７０には締結ボルト４００Ａと４００Ｂとを挿入するための挿入孔２８０Ａと２８０Ｂが形成されている。挿入孔２８０Ａには絶縁材料から構成される絶縁性の締結ボルト４００Ｂがフレーム２５０に対して回動自在に勘挿される。また、固定孔２８０Ｂには導電材料から構成される導電性の締結ボルト４００Ｂがフレーム２５０に対して回動自在に勘挿される。１枚のフレーム２５０には４枚の扁平型電池２１０が保持されるので、各フレーム２５０には同一形状の絶縁性の締結ボルト４００Ａと導電性の締結ボルト４００Ｂとが４個ずつ取り付けられることになる。
【００１８】
（締結ボルト）
図５は、本実施の形態にかかる締結ボルトの構造を説明するための図であり、図５Ａは締結ボルトの平面図であり、図５Ｂは締結ボルトの側面図であり、図５Ｃは図５ＡのＡ-Ａ断面図である。
【００１９】
締結ボルト４００は、扁平型電池２１０の電極タブ２１５Ａと２１５Ｂとを位置決めする機能と積層されている扁平型電池を電気的に直列に接続する機能とを有している。締結ボルト４００は、同一形状の、絶縁材料を用いて形成された絶縁性のものと、導電材料を用いて形成された導電性のものがあり、図３に示したように、導電性の締結ボルト４００Ａは＋側の電極タブ２１５Ａの位置決め孔２１７Ａを位置決めするために用いられ、絶縁性の締結ボルト４００Ｂは−側の電極タブ２１５Ｂの位置決め孔２１７Ｂを位置決めするために用いられる。
【００２０】
締結ボルト４００は、図５に示すように断面凸状の円柱形状を呈しており、その下側に位置される他の締結ボルトを連結するために半径の大きい円柱の底面側から上面に向けて形成された中空状の勘合部４１０と、扁平型電池２１０の電極タブ２１５Ａおよび２１５Ｂに開口された位置決め孔２１７Ａと２１７Ｂに挿入されると共にその上側に位置される他の締結ボルト４００の勘合部４１０に挿入される半径の小さい円柱部分のロケート部４２０と、扁平型電池２１０の電極タブ２１５Ａおよび２１５Ｂをその上側に位置される他の締結ボルト４００との間で挟み込むための半径の大きい円柱の上面平坦部分のフランジ部４３０とを有している。勘合部４１０の内部にはねじ山が切られ、また、ロケート部４２０の外周部には勘合部４１０のねじと螺合するねじ山が形成されている。
【００２１】
また、締結ボルト４００のフランジ部４３０上には、その下側に位置される他の締結ボルトと連結するときに、締結ボルト４００を回転させるための工具穴４４０Ａ、４４０Ｂが形成されている。さらに、半径の大きい円柱部分の側面には、その上下側に位置される他の締結ボルトと締結ボルト４００とを組電池１００が形成されている状態のまま取り外すための工具穴４４５Ａ〜４４５Ｄ（４４５Ｄは図示されていない）が形成されている。
【００２２】
したがって、締結ボルト４００同士を連結する場合には、下側に位置する締結ボルトのロケート部４２０を上側に位置する締結ボルトの勘合部４１０に合わせ、工具穴４４０Ａ、４４０Ｂに組立用工具を差し込んで上側の締結ボルトを回転させる。この回転に伴ってロケート部４２０が勘合部４１０に入り込み、フランジ部４３０が電極タブを挟んだ状態で上側の締結ボルトに当接し両締結ボルトは堅固に連結される。一方、締結ボルト同士を取り外す場合には、取り外そうとする締結ボルトの工具穴４４５Ａ〜４４５Ｄのうちのいずれか２つの工具穴に解体用工具を差し込んでその締結ボルトを回転する。なお、フランジ部４３０を備えている半径の大きい円柱部分はフレーム２５０の固定穴２８０Ａまたは２８０Ｂに埋め込まれてしまうことになるが、フレーム２５０には解体用工具を使用して締結ボルト４００を回転させることができるように切り込みが入れられている。
【００２３】
次に、本発明にかかる組電池の製造方法を図３〜図６を参照して説明する。
【００２４】
まず、図４に示すように、電池ユニット２００（図１参照）の最下層に位置されることになる板形状を成すフレーム２５０に４枚の扁平型電池２１０を横並びに載置する。扁平型電池２１０を載置するときには、各扁平型電池２１０の周縁部２１６（図２参照）に厚みの非常に薄い両面テープを貼り付け、周縁部２１６をフレーム２５０の周縁支持部２５５に載置させてその位置決め部にはめ込むようにする。４枚の扁平型電池２１０がフレームに載置された状態は図に示すとおりであるが、扁平型電池２１０をフレーム２５０に配列させるときには、その電極タブの極性が図に示すように、扁平型電池２１０の配列方向に正負交互となるようにする。つまり、扁平型電池２１０の極性が＋−交互に並ぶように扁平型電池２１０の向きを変えながら配列する。そして、図３にも示してあるように、各扁平型電池２１０の電極タブ２１５Ａに形成されている位置決め孔２１７Ａに導電性の締結ボルト４００Ａのロケート部４２０を差し込む。そして、電極タブ２１５Ｂに形成されている位置決め孔２１７Ｂに絶縁性の締結ボルト４００Ｂのロケート部４２０を差し込む。４枚の扁平型電池２１０のすべての位置決め孔に締結ボルトが差し込まれると、導電性の締結ボルト４００Ａと絶縁性の締結ボルト４００Ｂが互い違いに配置されることになる（第１段階）。
【００２５】
次に、すべての位置決め孔に締結ボルトが差し込まれたフレームの上に固定穴２８０Ａ、２８０Ｂに締結ボルトが取り付けられた状態のフレーム２５０を載置する。上側に載置するフレームの導電性の締結ボルト４００Ａと絶縁性の締結ボルト４００Ｂの配列は下側のフレーム２５０のそれらの配列に対して導電性のものと絶縁性のものとは逆になっている。載置したフレーム２５０の固定穴２８０Ａに取り付けられている絶縁性の締結ボルト４００Ｂの勘合部４１０をその下に位置されている導電性の締結ボルト４００Ａのロケート部４２０に、また、導電性の締結ボルト４００Ａの勘合部４１０をその下に位置されている絶縁性の締結ボルト４００Ｂのロケート部４２０に合わせ、それぞれの締結ボルト４００Ａ、４００Ｂの工具穴４４０Ａ、４４０Ｂに組立用工具を差し込んで回転する。この回転に伴ってそれぞれの締結ボルト４００Ａ、４００Ｂのロケート部４２０がそれらの締結ボルト４００Ｂ、４００Ａの勘合部４１０に螺合して入り込み、下側に位置する締結ボルト４００Ａ、４００Ｂのフランジ部４３０が電極タブ２１５Ａ、２１５Ｂを挟んだ状態で上側の締結ボルトに当接し、両締結ボルトは堅固に連結される。締結ボルト同士が連結されると、電極タブ２１５Ａ、２１５Ｂの位置決め孔２１７Ａ、２１７Ｂによって扁平型電池２１０が所望の位置に位置決めされる（第２段階）。
【００２６】
次に、載置したフレーム２５０に扁平型電池２１０を配置し、各扁平型電池２１０の周縁部２１６（図２参照）に厚みの非常に薄い両面テープを貼り付け、周縁部２１６をフレーム２５０の周縁支持部２５５に載置させてその位置決め部にはめ込むようにする（図４参照）。各扁平型電池２１０はフレーム２５０上に載置するときに、扁平型電池２１０の電極タブに形成されている位置決め孔２１７Ａには導電性の締結ボルト４００Ａのロケート部４２０を差し込み、位置決め孔２１７Ｂに絶縁性の締結ボルト４００Ｂのロケート部４２０を差し込む。つまり、図３に示してあるように、＋側の電極タブには導電性の締結ボルトのロケート部を、−側の電極タブには絶縁性の締結ボルトのロケート部をそれぞれ差し込む。そして、上記第２段階と同様に締結ボルト４００Ａ、４００Ｂを連結し、扁平型電池２１０を所望の位置に位置決めする。なお、扁平型電池２１０を配置するときにはその極性が配列方向に正負交互となっているかを確認するだけではなく、フレーム２５０の積層方向にもその極性が正負交互となっているかを確認する。たとえば、最下層位置されるフレームに載置する扁平型電池の極性が手前左端から「＋」、「−」、「＋」、「−」と並んでいるのであれば、そのフレームの上に積層されるフレームに載置する扁平型電池の極性は手前左端から「−」、「＋」、「−」、「＋」となっているか否かを確認する。扁平型電池２１０の極性をこのように配列しないと、最終的に図６に示すような直列回路を構成することができないからである。
【００２７】
以上の手順を６回繰り返して扁平型電池２１０を６段積層したら、図６に示すように、その上に中間ヒートシンク３２５を積層する。中間ヒートシンク３２５も電極タブと同様に位置決め孔が開口されており、締結ボルト４００Ａ、４００Ｂをその位置決め孔に挿入することができるようにしてある。したがって、中間ヒートシンク３２５の上に積層される扁平型電池２１０を固定する締結ボルト４００Ａ、４００Ｂによって中間ヒートシンク３２５が固定されることになる。
【００２８】
さらに扁平型電池２１０を６段積層する工程を３回繰り返し、最後にヒートシンク３００を載置する。ヒートシンク３００には締結ボルト４００Ａ、４００Ｂを勘挿させるための固定穴２８０Ａ、２８０Ｂが開口されている。締結ボルト４００Ａ、４００Ｂ（実際には８本ある）のロケート部４２０にはねじが切られているので、図１に示したようにすべての締結ボルトのロケート部４２０に固定ナット５００Ａ〜５００Ｈをねじ込み、ヒートシンク３００、３５０によって電池ユニット２００を所定の圧力で押さえて一体化する。なお、図６に示すように、最下層に位置するヒートシンク３５０には締結ボルト３５２が堅固に取り付けられている。したがって、締結ボルトを連結して行く段階で、扁平型電池が位置決めされつつ積層され、さらに後述するように扁平型電池が直列に接続されて行く。そして、最上段に位置するヒートシンクを固定ナットで固定したときに電池ユニットがその積層方向から所定の圧力がかけられ、すべての扁平型電池と中間ヒートシンクがしっかりと固定されることになる。
【００２９】
以上のようにして組電池１００を組み立て、固定ナット５００Ａに図７に示すような電力端子４５０Ａを、固定ナット５００Ｇに電力端子４５０Ｂをそれぞれ取り付けると、９６枚の扁平型電池２１０がすべて直列に接続され、電力端子４５０Ａ、４５０Ｂ間に高電圧が得られる。
【００３０】
図７は組電池を構成する扁平型電池の接続状態を示す図である。
本発明にかかる組電池の製造方法を用いて作成された組電池１００は、２４個の扁平型電池２１０が積層された４列の扁平型電池積層体を有しているが、図７に示すように、各扁平型電池積層体５２０、５３０、５４０、５５０は、扁平型電池がその積層方向にすべて直列に接続されている。すなわち、扁平型電池積層体５２０の両側の扁平型電池同士の接続は（図中の○印部分）導電性の締結ボルト４００Ａによって行われ、扁平型電池同士の絶縁（図中の△印部分）は絶縁性の締結ボルト４００Ｂによって行われている。したがって、組電池１００が組み上がると、扁平型電池積層体５２０を構成するすべての扁平型電池が直列に接続される。他の扁平型電池積層体５３０、５４０、５５０も同一の構造によりすべての扁平型電池が直列に接続される。
【００３１】
各扁平型電池積層体５２０、５３０、５４０、５５０は、さらにヒートシンク（図１の３００、３５０）に設けられるバスバー５６０、５６２、５６４（図示せず）によって直列に接続される。このように、組電池１００を構成するすべての扁平型電池は直列に接続される。このような接続方法を採用すると、電力端子４５０Ａ、４５０Ｂの接続部を一方向（ヒートシンク３００の上側）のみにすることができるので、組電池設置後の電力配線が行いやすくなり生産性が向上する。
【００３２】
以上のように、本発明にかかる組電池の製造方法によれば、締結ボルトによって扁平型単電池の位置決めをしながら扁平型電池同士を電気的に接続することができ、扁平型電池を積層するに当たって位置決め精度を確保するための手段が不要となり、組み立ての作業効率も向上する。また、組み立て途中、または組電池の使用中に、組電池を構成する扁平型電池のいずれかが故障したときでも、ヒートシンク３００を取り外し、交換しようとする扁平型電池の締結ボルトを取り外すだけで、扁平型電池の個別交換が可能になるため、交換作業が非常に効率的になる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係る組電池の製造方法およびその方法の実施に使用する締結具は、組電池の組み立て作業効率を向上させることができるので、電池の分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】組電池の外観を示す斜視図である。
【図２】本実施の形態で用いる扁平型電池の外観を示す斜視図である。
【図３】本実施の形態にかかるフレームの概略の構造および組電池の製造方法を説明するための図である。
【図４】本実施の形態にかかるフレームの概略の構造および組電池の製造方法を説明するための図である。
【図５】本実施の形態にかかる締結ボルトの構造を説明するための図である。
【図６】本発明にかかる組電池の製造方法を説明するための図である。
【図７】組電池を構成する扁平型電池の接続状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１００    組電池、
２００    電池ユニット、
２１０    扁平型電池、
２１５Ａ、２１５Ｂ    電極タブ、
２１６    周縁部、
２１７Ａ、２１７Ｂ    位置決め孔、
２５０    フレーム、
２６０、２７０    側端部、
２８０Ａ、２８０Ｂ    固定穴、
３００、３５０    ヒートシンク、
３２５    中間ヒートシンク、
３５２    締結ボルト、
４００Ａ、４００Ｂ    締結ボルト、
４１０    勘合部、
４２０    ロケート部、
４３０    フランジ部、
４４０Ａ、４４５Ａ    工具穴、
４５０Ａ、４５０Ｂ    電力端子、
５００Ａ〜５００Ｇ    固定ナット、
５２０、５３０、５４０、５５０    扁平型電池積層体、
５６０、５６２、５６４    バスバー。
【図１】
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【図２】
2005353375.tif 000004
【図３】
2005353375.tif 000005
【図４】
2005353375.tif 000006
【図５】
2005353375.tif 000007
【図６】
2005353375.tif 000008
【図７】
2005353375.tif 000009